本發(fā)明涉及一種顯微鏡，具體涉及一種具有鎖相放大功能的顯微鏡。

背景技術(shù)：

顯微鏡，一般是以某種光源發(fā)出的窄帶光(例如激光)或經(jīng)過(guò)窄帶濾光片的寬光譜光作為激發(fā)光，輻照在樣品上，激發(fā)樣品自身的熒光、已經(jīng)被熒光標(biāo)記樣品的熒光、非標(biāo)記樣品的拉曼散射光，經(jīng)過(guò)一系列濾光系統(tǒng)后，再通過(guò)物鏡和目鏡或者相機(jī)進(jìn)行放大并進(jìn)行觀(guān)測(cè)，利用不同濾光系統(tǒng)，我們分別可以得到熒光圖像、拉曼圖像、散射光圖像、二次諧波(如使用短脈沖激光器)。該顯微鏡可用于研究細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的吸收、運(yùn)輸、化學(xué)物質(zhì)的分布及定位、組織的細(xì)胞形態(tài)和變化規(guī)律等。是開(kāi)展生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)、材料學(xué)、遺傳學(xué)、免疫學(xué)、藥學(xué)等研究領(lǐng)域的重要儀器。

顯微鏡的基本構(gòu)造是有物鏡、目鏡(或由ccd、pmt等探測(cè)器代替)和照明光源以及一些附件(如濾光片、二向色鏡、電光開(kāi)關(guān)等)等器件組成。其光源一般為高壓汞燈(經(jīng)過(guò)濾光片組，得到一系列單色光)或者多個(gè)波長(zhǎng)的激光器作為光源輻照到樣品上。除了瑞利散射以外，其他有用的信號(hào)光都比激發(fā)光弱，除了觀(guān)測(cè)銳利散射以外，我們需要利用特定濾光片去觀(guān)測(cè)特殊的熒光、拉曼、二次諧波等信號(hào)，同時(shí)阻止激發(fā)光進(jìn)入目鏡或者探測(cè)器，避免眼睛或者探測(cè)器的損傷。

當(dāng)今世界先進(jìn)的顯微鏡廠(chǎng)家包括奧林巴斯、尼康、萊卡、蔡司等，采用的光源主要是氙燈、鹵素?zé)?、高壓汞燈或者激光器，高端的顯微鏡甚至采用飛秒激光器，用來(lái)激發(fā)樣品不同波長(zhǎng)的熒光、拉曼散射光、二次諧波等信號(hào)光。但是有的樣品的信號(hào)光的強(qiáng)度特別微弱、熒光信號(hào)淬滅特別快或者環(huán)境光比信號(hào)光的強(qiáng)度大的多，使得我們無(wú)法準(zhǔn)確獲得樣品的真實(shí)信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種低成本、且不用更換光源就可以提高圖像強(qiáng)度及分辨率的顯微鏡。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于鎖相放大的顯微鏡，包括有光源的顯微鏡、光開(kāi)關(guān)2和控制處理系統(tǒng)；

所述的光開(kāi)關(guān)2設(shè)置在光源1和有光源的顯微鏡間，用于調(diào)制進(jìn)入有光源的顯微鏡內(nèi)的光；

所述的控制處理系統(tǒng)為鎖相放大器和/或電腦14；

第一種方案：當(dāng)控制處理系統(tǒng)只包含鎖相放大器時(shí)，鎖相放大器的第一個(gè)連接口與光開(kāi)關(guān)2連接，用于控制光開(kāi)關(guān)2的開(kāi)合，進(jìn)而控制進(jìn)入有光源的顯微鏡內(nèi)的光；鎖相放大器的第二個(gè)連接口與目鏡或背向探測(cè)器7連接，或鎖相放大器的第二個(gè)連接口與前向探測(cè)器13連接；或鎖相放大器的第二個(gè)連接口與目鏡或背向探測(cè)器7連接，同時(shí)鎖相放大器的第三個(gè)連接口與前向探測(cè)器13連接；

第二種方案：當(dāng)控制處理系統(tǒng)包含電腦時(shí)，電腦代替鎖相放大器；

第三種方案：當(dāng)控制處理系統(tǒng)包含鎖相放大器和電腦時(shí)，鎖相放大器的第一個(gè)連接口與光開(kāi)關(guān)2連接，用于控制光開(kāi)關(guān)2的開(kāi)合，進(jìn)而控制進(jìn)入有光源的顯微鏡內(nèi)的光；鎖相放大器的第二個(gè)連接口與目鏡或背向探測(cè)器7連接，或鎖相放大器的第二個(gè)連接口與前向探測(cè)器13連接；或鎖相放大器的第二個(gè)連接口與目鏡或背向探測(cè)器7連接，同時(shí)鎖相放大器的第三個(gè)連接口與前向探測(cè)器13連接；鎖相放大器的第四個(gè)連接口與電腦連接。

利用背向探測(cè)器或前向探測(cè)器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)需要與所述光開(kāi)關(guān)同步，后經(jīng)過(guò)鎖相放大器和/或電腦處理信號(hào)，提取有用的信號(hào)，抑制噪聲信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)。

所述的光開(kāi)關(guān)為機(jī)械開(kāi)關(guān)、斬波器或聲光調(diào)制器；

所述光源為激光光源和/或連續(xù)光源。

所述的有光源的顯微鏡為掃描顯微鏡、熒光顯微鏡、掃描熒光顯微鏡或共聚焦掃描顯微鏡。

所述的背向探測(cè)器或前向探測(cè)器包括相機(jī)和/或光電倍增管。

本發(fā)明首先利用快門(mén)(機(jī)械快門(mén)、斬波器或者aom(聲光調(diào)制器))器件對(duì)入射光在輻照到樣品之前進(jìn)行調(diào)制，使得其變成以一定頻率f變化的入射光；其次，當(dāng)這種入射光輻照到樣品上后，樣品發(fā)射的信號(hào)光(包括瑞利散射光、熒光、二次諧波)等也將是以f頻率向外輻射；再次信號(hào)光被ccd或pmt等探測(cè)器接收，接收時(shí)其要通過(guò)鎖相放大器或者電腦對(duì)探測(cè)器的快門(mén)進(jìn)行調(diào)制，使其與之前的頻率f和相位相同。最后在鎖相放大器或者電腦中將快門(mén)開(kāi)時(shí)得到的信號(hào)減去快門(mén)閉時(shí)的信號(hào)，使得有用信號(hào)得到放大，而儀器噪聲或探測(cè)器噪聲等無(wú)用信號(hào)的到抑制，提高信噪比。

因此，本發(fā)明不需要對(duì)原有的設(shè)備結(jié)構(gòu)和器件進(jìn)行改造，僅在原有的基礎(chǔ)上，在光源部分加入一個(gè)快門(mén)器件，同時(shí)使用軟件在探測(cè)階段進(jìn)行一定的同步和處理就可以提高儀器的分辨率、掃描速度、靈敏度等指標(biāo)，降低了改造成本。

同時(shí)，基于鎖相放大的顯微鏡對(duì)環(huán)境光還可起到抑制作用。眾所周知，因?yàn)榄h(huán)境光的波長(zhǎng)交寬，有時(shí)還具有一定頻率。顯微鏡很多時(shí)候需要工作在暗室的環(huán)境中，以避免環(huán)境光對(duì)圖像的影響，甚至有時(shí)顯示器的光都會(huì)對(duì)圖像有較大的影響，需要將顯示器關(guān)閉來(lái)采集圖像。而本發(fā)明可以在不在暗室條件下得到暗室條件下同樣的圖像分辨率。

本發(fā)明的有益效果：在原始掃描顯微鏡的基礎(chǔ)上，將快門(mén)安裝在激發(fā)光到樣品之間的光路中，對(duì)激發(fā)光進(jìn)行調(diào)制，在掃描過(guò)程中，將原來(lái)的信號(hào)采集加以調(diào)制；然后，將原始掃描中光電探測(cè)器每一個(gè)像素點(diǎn)將分割成偶數(shù)信號(hào)，利用鎖相放大器或者計(jì)算機(jī)將探測(cè)器的頻率及相位調(diào)制與快門(mén)同步。最后利用鎖相放大器或者電腦將快門(mén)關(guān)的到的信號(hào)與相鄰的一個(gè)快門(mén)開(kāi)的信號(hào)做差，然后積分，得到這個(gè)點(diǎn)的最終信號(hào)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于鎖相放大的顯微鏡結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的基于鎖相放大的顯微鏡中所涉及的掃描顯微鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1光源；2光開(kāi)關(guān)；3準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)；4x向掃描振鏡；5y向掃描振鏡；

6二向色鏡；7目鏡或背向探測(cè)器；8物鏡；9樣品；10反射鏡；11濾光片；

12凸透鏡；13前向探測(cè)器；14鎖相放大器和/或電腦。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖1-2所示，在本發(fā)明的基于鎖相放大顯微鏡的一些實(shí)施方案中，僅有x向掃描振鏡4和y向掃描振鏡5在普通顯微鏡和掃描顯微鏡中有區(qū)別，其他功能基本相同。光源1發(fā)出激發(fā)光，經(jīng)過(guò)擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)3將激發(fā)光變成光斑較大的平行光，經(jīng)過(guò)二向色鏡6反射激發(fā)光到物鏡8，經(jīng)物鏡8聚焦到樣品9，樣品9發(fā)出的信號(hào)光會(huì)分成兩部分，一部分返回物鏡8、經(jīng)二向色鏡6到達(dá)目鏡或者背向探測(cè)器7；另一部分會(huì)透過(guò)樣品9經(jīng)反光鏡10反射、濾光片11濾光，凸透鏡12聚焦后到達(dá)前向探測(cè)器13完成信號(hào)的采集。本發(fā)明在激發(fā)光路上加入光開(kāi)關(guān)2，然后經(jīng)過(guò)鎖相放大器或者電腦14將光開(kāi)關(guān)和光電探測(cè)器同步，將每個(gè)空間位置的信號(hào)分割成偶數(shù)個(gè)，其中奇數(shù)為光開(kāi)關(guān)3關(guān)閉時(shí)探測(cè)器7和/或13得到的信號(hào)，偶數(shù)為光開(kāi)關(guān)開(kāi)時(shí)得到的信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)鎖相放大器和/或者電腦14處理，使得有用的信號(hào)得到放大，無(wú)用的信號(hào)得到壓制，從而實(shí)現(xiàn)圖片質(zhì)量的提高。

因此，與現(xiàn)有的顯微鏡技術(shù)相比，其改造成本低，且不需要改變顯微鏡內(nèi)部的結(jié)構(gòu)更不需要更換現(xiàn)有的光源，就可以提高成像質(zhì)量，同時(shí)解決了環(huán)境光對(duì)顯微鏡的影響，擴(kuò)展了現(xiàn)有顯微鏡的使用范圍。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干的變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。